沼氣工程物聯網構建及應用分析

導讀：物聯網是繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，是互聯網和通信網的拓展應用和網絡延伸。農業是物聯網應用的重要領域，本文筆者將與大家分享物聯網在沼氣工程中的研究與應用。

沼氣工程物聯網是將物聯網技術應用在沼氣工程運行、管理的各環節，通過信息感知設備，按照約定協議，把沼氣工程運行過程中的關鍵參數、環境要素、智能管控和虛擬物件等與互聯網連接起來，進行信息傳遞，將沼氣工程與業主、操作者、管理部門起來，以實現對沼氣及附屬產品生產銷售的智能化識別、定位、跟蹤、監控、服務、管理和決策的一種網絡。

利用軟件開發技術，結合目前市場成熟的硬件產品，開發出了沼氣工程物聯網系統，系統遵循物聯網架構原則，結合沼氣工程特點，分為感知層、傳輸層、應用層和展現層。具體細化為信息采集及傳輸系統、智能化管控系統、視頻監控系統、智能預警系統、數據庫及故障處理系統。

感知層由部署在沼氣工程各工藝單元的傳感器和采集節點組成，通過傳輸網絡將信息傳輸至云平臺統一存儲管理，系統再將數據加以分析整理來支撐對沼氣工程和設備的管理，同時結合海量大數據庫資源及專家意見，縮短運行故障處理周期，提高產氣率和附加值，獲得顯著的污水處理效果，提高沼氣工程智能化管控水平。

系統組成

信息采集及傳輸系統

系統在預處理單元采集水量、溫度和物料TS濃度等參數；在厭氧發酵單元采集溫度、壓力，PH值和物料TS濃度等參數并安裝過載報警裝置；在沼氣輸配氣單元采集沼氣成分、流量、貯氣容積和壓力等參數并安裝沼氣泄漏和過載報警裝置；在污水處理單元安裝COD，BOD，總P和總N等環保指標監測裝置；在沼肥生產單元安裝N,P,K和微量元素檢測儀器；在沼氣站采集現場溫度、濕度和風速等環境條件。

系統將上述參數轉化成數據信號，通過雙絞線或無線路由節點傳輸至DTU(數據傳輸單元)，DTU將串口數據轉換為IP數據，再通過GPRS網絡或者3G網絡將IP數據傳輸到后臺服務器，管理人員通過手機APP，電腦或LED大屏在線監控、調取數據、統計分析等。

智能化管控系統

設計1個或多個智能控制柜，控制柜內使用PLC模板進行邏輯編程，與軟件平臺結合，使模板具有控制設備的功能。采用手動和自動兩種方式對設備進行控制，自動方式包含定時智能控制和智能自動控制兩種方式；智能自動控制是設置沼氣工程處理單元的參數閾值，當實時參數超過閾值時，軟件平臺將自動開啟或關閉相應的設備。通過對設備的控制從而實現沼氣工程智能化運行。

視頻監控系統

視頻監控系統主要是對沼氣工程各運行單元和整個沼氣站進行視頻圖像監測，一方面滿足日常監控需要，管理人員可通過視頻圖像對沼氣站安防、處理單元狀態、作業規范等進行監管;另一方面能夠對接遠程指揮系統，管理人員和專家可實時在線查看沼氣工程的運行情況，為專家咨詢故障處理提供輔助支撐。

智能預警系統

沼氣工程智能預警系統可分為:運行參數預警、設備預警、操作違規預警和災害天氣預警。系統操作人員可根據專家指導在系統中設置處理單元的參數預警值，當沼氣工程運行過程中出現參數異常時，可提供多種方式(如短信、廣播等方式)對管理人員或生產人員進行告警，并提示生產人員進行下一步操作。

數據庫及故障處理系統

建立數據庫，將所收集到的沼氣工程運行數據匯集到系統大數據中心進行統一管理。管理人員可利用系統將沼氣工程按照發酵規模、工藝流程和工程類型等進行分類管理，以文字、統計圖和表格等形式，供第三方系統或人員調用、查閱，為生產人員、管理人員和專家提供強有力的數據支持，為沼氣工程故障處理提供可靠依據，為政府決策提供技術支撐。

沼氣工程物聯網的作用

1.為創新沼氣項目補貼方式提供技術支撐

為保證沼氣工程長期有效運行、充分發揮建設效益，應對沼氣工程終端產品(沼氣、沼肥、發電)進行補貼，建立“先建后補”和“終端補貼”機制。沼氣工程物聯網的建設能對沼氣、沼肥和發電進行實時監控和計量統計，能有效防止業主弄虛作假，騙取項目資金，為“先建后補”和“終端補貼”提供技術支撐和補貼依據。

2.提高沼氣工程管控水平和生產效率

沼氣工程物聯網對沼氣工程生產全程進行在線監測，通過數據庫和專家咨詢系統可及時發現并解決設備問題，排除運行故障，通過智能化管控系統，實現進出料、輸配氣、沼肥生產和污水處理等環節自動化控制，能提高產氣量、提升沼肥生產質量和污水處理效果，實現沼氣工程管理科學化、控制自動化、運行智能化，節約勞動成本，降低能耗，提高沼氣工程生產效率。

3.保障沼氣工程運行安全

通過沼氣工程物聯網智能預警系統和視頻監控，能對運行參數異常、設備故障、操作違規和災害天氣發出警報，并以短信和廣播等方式通知操作人員和管理人員，如:沼氣站內煙霧探測報警、水位超高報警、沼氣泄漏、物料過載報警，無關人員誤入、違規操作報警等，能排除人員傷亡、工程損壞、起火爆炸等安全隱患，有效保障沼氣工程運行安全。